Najväčší objekt našej nočnej oblohy - zďaleka! - je pre nás neviditeľný. Predmetom je superhmotná čierna diera (SMBH) v strede našej galaxie Mliečna dráha, ktorá sa volá Strelec A. Ale čoskoro môžeme mať predstavu o horizonte udalostí Strelca A. A tento obraz môže predstavovať výzvu pre Einsteinovu teóriu všeobecnej relativity.
Nikto nikdy nevidel horizont udalostí čiernej diery. Intenzívne gravitačné pôsobenie zabraňuje úniku všetkého, aj ľahkého. Časový horizont udalosti je bodom návratu. Bez ohľadu na to, žiadne svetlo a žiadne informácie nemôžu uniknúť. Možno sme však blízko k získaniu obrazu o horizonte udalostí Strelca A, vďaka Event Horizon Telescope (EHT).
EHT je medzinárodná spolupráca určená na preskúmanie bezprostredného okolia čiernej diery. Nejde o jeden ďalekohľad, ale skôr o prepojený systém rádiových ďalekohľadov na celom svete, ktoré spolu pracujú pomocou interferometrie. Meraním elektromagnetickej energie z oblasti obklopujúcej čiernu dieru pomocou viacerých rádiových dosiek na viacerých miestach možno odvodiť niektoré vlastnosti zdroja.
Vedci s EHT dúfajú, že ich pozorovania nakoniec poskytnú predstavu o intenzívnych gravitačných účinkoch, ktoré očakávame v blízkosti čiernej diery. Dúfajú tiež, že zistia určitú dynamiku pri práci blízko diery, keď obežná hmota v akrečnom disku dosiahne relativistickú rýchlosť.
Projekt EHT zhromažďoval údaje o Strelcovi A a jednej ďalšej čiernej diere s názvom M87 v strede galaxie Virgo A počas obdobia štyroch rokov. Tieto štyri roky sa skončili v apríli 2017, údaje z nich však stále analyzuje tím 200 vedcov a technikov. Tím medzitým zverejnil obrázky počítačového modelu toho, čo dúfajú.
Obrázok sa nemusí zdať ako príliš veľký, ale je významný. Je to ekvivalent čítania novinového nadpisu na Mesiaci, keď stojíte na Zemi. Obrázok nám môže pomôcť odpovedať na niektoré mätúce otázky týkajúce sa čiernych dier:
- Akú úlohu pri formovaní galaxií zohrávali čierne diery?
- Ako vyzerá svetlo a hmota, keď dopadajú na čiernu dieru?
- Z čoho vychádzajú energetické prúdy z čiernych dier?
Existuje tiež šanca, že obrázok, ktorý EHT vytvorí pri Strelcovi A, bude znamenať, že Einsteinova teória všeobecnej relativity bude potrebné aktualizovať. (Aj keď je zvyčajne zlý nápad vsadiť sa proti Einsteinovi.)
Čierne diery a horizont udalostí
Čierne diery sú v podstate hviezdou mŕtvolou. Keď veľmi masívna hviezda horí celým svojím palivom, zrúti sa do mimoriadne hustého bodu alebo jedinečnosti. Čierna diera má neuveriteľne silný gravitačný ťah, ktorý k nej priťahuje plyn a prach. Raz za 10 000 rokov Strelec A dokonca skonzumuje hviezdu.
Horizont udalostí je ako škrupina okolo čiernej diery. Akonáhle akákoľvek záležitosť - alebo dokonca svetlo - dosiahne horizont udalosti, je koniec hry. Čierna diera narastá s veľkosťou spotrebovanej hmoty a rozširuje sa aj horizont udalostí.
Strelec A, náš veľmi super masívny čierny otvor (SMBH), je obrovský. Má 4 miliónkrát väčšiu hmotnosť ako Slnko. Ale aj tak to nie je také veľké v porovnaní s inými SMBH. Ďalší projekt SMBH v projekte EHT je omnoho väčší s hmotnosťou 7 miliárd krát väčšou ako Slnko.
EHT vytvorí obraz horizontu udalostí študovaním oblasti okolo čiernej diery. Keď sa materiál dostane do čiernej diery, niečo sa stane. Tvorí narastajúci disk vírivého plynu a prachu, ktorý je v podstate v zadržiavacom vzore, až kým sa nevsaje do diery. Tento materiál sa zrýchľuje na relativistické rýchlosti, čo znamená, že je blízko rýchlosti svetla. Keď sa to stane, materiál sa prehrieva a vyžaruje energiu.
Čierna diera je však taká gravitačná, že ohýba toto svetlo vo fenoméne nazývanom gravitačné šošovky. Tento objektív vytvára tmavú oblasť, ktorá sa nazýva tieň čiernej diery. Podľa teórie by horizont udalostí mal byť asi 2,5 krát väčší ako tieň. Akonáhle budú mať vedci obraz tieňa, budú vedieť veľkosť horizontu udalostí. Veľkosť horizontu udalostí je úmerná hmotnosti čiernej diery. Takže v prípade Strelca A by mal mať priemer asi 24 miliónov km (15 miliónov míľ).
Nebudú teda žiadne obrázky samotnej čiernej diery, ale budú existovať obrázky tieňa, ktorý čierna diera vrhá. Vedecky je to veľký skok v našom chápaní čiernych dier. A v prípade akýchkoľvek pochybností o existencii čiernych dier vám obraz tieňa poskytne solídny dôkaz o tom, že čierne diery sú skutočne vonku.
EHT a trysky
Napriek obrovskej veľkosti Strelca A je na oblohe malý. Je príliš malý na to, aby ho videl jediný ďalekohľad. Preto bol implementovaný EHT. Kombinuje 7 samostatných rádiových ďalekohľadov z celého sveta do jedného veľkého virtuálneho ďalekohľadu pomocou techniky nazývanej veľmi dlhá základná interferometria (VLBI), čo sú astronómski nadšenci oboznámení. Virtuálny ďalekohľad má oveľa väčšiu rozlišovaciu schopnosť ako jediný rozsah a dovolil astronómom študovať oblasť blízko Sgr. A.
Počas jedného týždňa v apríli 2017 tím EHT namieril všetkých sedem svojich rozsahov na Sgr A a sedem atómových hodín zaznamenalo načasovanie príchodu signálov na každý ďalekohľad. Štúdiom a kombináciou signálov môžu vedci vytvoriť obraz Sgr A. Je to časovo náročný proces, ktorý stále prebieha.
Energetické prúdy, ktoré prúdia z blízkosti čiernej diery, sú pre výskumníkov obzvlášť zaujímavé. Látka, ktorá sa krúti v akrečnom disku čiernej diery, sa zahreje na miliardy stupňov. Niektoré z nich vstupujú do čiernej diery, ale nie všetky.
Energetické prúdy sú časťou, ktorá uniká z narastajúceho disku. Po desiatky tisíc svetelných rokov cestujú takmer rýchlosťou svetla. Vedci o nich chcú vedieť viac.
Pokiaľ ide o Sgr. A, nevieme, či existujú trysky. V posledných niekoľkých desaťročiach to nebolo veľmi aktívne, takže nemusí ísť o prúd. Ale ak sú tam, EHT tam zachytí rádiové signály. Potom môžeme získať odpovede na niektoré základné otázky týkajúce sa trysiek:
- Ako začínajú?
- Ako sa zrýchľujú na relativistické rýchlosti?
- Ako zostávajú pevne zameraní?
- Z čoho presne sú vyrobené?
Je Einsteinova teória všeobecnej relativity v ťažkostiach?
Pravdepodobne nie. Ale je tu šanca.
Väčšina našej slnečnej sústavy je dosť prozaické a pracovné miesto. A odtiaľ pochádza väčšina našich pozorovacích dôkazov podporujúcich všeobecnú relativitu. Región obklopujúci čiernu dieru však nie je normálnym susedstvom.
Podmienky sú extrémne. Intenzívna gravitácia, prehriate prúdy materiálu pohybujúce sa blízko rýchlosti svetla a horizontu udalostí. Ale pokiaľ ide o všeobecnú relativitu, ide predovšetkým o gravitáciu a svetlo.
Všeobecná relativita predpovedá, že gravitácia čiernej diery zakriví priestorový čas a pritiahne k nemu všetko, vrátane svetla. Údaje zozbierané spoločnosťou EHT poskytnú merania tohto javu, ktoré je možné porovnať s Einsteinovými predpoveďami. Ak sa údaje zhodujú s predpoveďami, Einstein opäť vyhrá.
Všeobecná relativita robí ďalšiu predikciu: tieň vrhnutý akrečným diskom by mal byť kruhový. Ak to nie je kruhové a je to skôr vajíčko, potom vzorce v všeobecnej relativite nie sú úplne presné.
John Wardle je astronóm, ktorý študuje čierne diery po celé desaťročia, späť, keď boli ešte len teoretickým konštruktom. Je silne zapojený do projektu EHT. Wardle si myslí, že všeobecná relativita obstojí v tomto teste a že Einstein opäť vyhrá. Ale ak test General Relativity tento test zlyhá, ocitneme sa vo veľmi zložitej a zvláštnej situácii.
"Potom budeme v tvrdej priamej bunde, pretože nemôžete robiť zmeny, ktoré by zkazili všetky ostatné kúsky, ktoré fungujú," povedal Wardle. "To by bolo veľmi vzrušujúce."
- Brandeis University Press Press: „Ako vyzerá čierna diera?“
- Teleskop udalostí Horizon
- Wikipedia Entry: Interferometry
- Vstup na Wikipedia: Horizon
